一种惯性/里程计组合导航系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种惯性/里程计组合导航系统及方法建立惯性/里程计组合导航状态方程、建立惯性/里程计组合导航观测方程、利用惯性/里程计组合导航观测方程，进行卡尔曼滤波。本发明专利技术以惯导速度增量与里程计速度增量的差值作为卡尔曼滤波观测量，采用状态延迟卡尔曼滤波算法以抑制里程计测速误差对惯性/里程计组合导航的影响，实现惯导系统各项误差的准确估计。计。计。

【技术实现步骤摘要】
一种惯性/里程计组合导航系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种惯性/里程计组合导航系统及方法，特别是涉及一种轨道检测的惯性/里程计组合导航系统及方法，属于轨道检测应用


技术介绍

[0002]随着我国铁路建设的不断发展，既有线路的改建、扩建以及新建项目越来越多，线路测绘在工程建设中起着决定性的作用，它直接影响到工程的质量、成本及工期。惯性导航系统可以连续提供高精度的位置、速度、姿态等信息，但是惯导系统误差随时间累积，对于长时间的工程测量需要借助里程计、卫星定位等辅助信息抑制惯导系统的误差增长。
[0003]里程计安装轨道检测系统的车轮上，通过测量车轮转速获取试验过程中的行驶速度，能够较为准确的反映测量过程中检测系统的运动、停止等各种状态。并且里程计测速不依赖外界信息，即使在隧道、丛林等卫星信号遮挡严重的区域，里程计也能够提供准确的测速信息。
[0004]惯性/里程计组合导航以里程计的高精度速度信息抑制惯导系统的误差累积，是现阶段轨道检测系统一种常用测量方式。惯性/里程计组合导航根据系统的物理模型及传感器的噪声统计特性，将观测数据映射到状态空间，根据轨道检测系统的运动规律建立系统状态方程和观测方程，通过卡尔曼滤波估计算法获得系统状态变量的最优估计。
[0005]惯性/里程计组合导航用里程计的测量速度与惯导速度的差值作为卡尔曼滤波惯测量，通过滤波算法实现对惯导系统各项误差的准确估计。因此，里程计的测速误差会对组合导航精度产生严重的影响，如何抑制由于里程计测速误差对组合导航精度的影响，是惯性/里程计组合导航的一个关键技术。现有的常用方法主要是对里程计的测速误差进行建模与估计，通过卡尔曼滤波实现对里程计刻度系数、安装误差等主要误差源进行估计，估计精度依赖建模的准确性，一般建模都是通用型而非针对单个产品，从而造成估计精度不高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术不足之一，提供一种惯性/里程计组合导航系统及方法。
[0007]本专利技术的技术解决方案：一种惯性/里程计组合导航方法，包括以下步骤：
[0008]建立惯性/里程计组合导航状态方程；
[0009]建立惯性/里程计组合导航观测方程，
[0010]Z
k
＝H
k
X
k
+L
k
X
k
‑1+V
k
[0011]其中，Z
k
为t
k
时刻的观测量，以惯导速度增量与里程计速度增量的差值作为惯性/里程计组合导航观测量，H
k
为t
k
时刻状态变量X
k
对应的观测矩阵，L
k
为t
k
‑1时刻状态变量X
k
‑1对应的观测矩阵，V
k
为t
k
时刻观测量噪声；
[0012]利用惯性/里程计组合导航观测方程，进行卡尔曼滤波。
[0013]一种惯性/里程计组合导航系统，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程
序，处理器执行计算机程序时实现惯性/里程计组合导航方法。
[0014]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0015](1)本专利技术以惯导速度增量与里程计速度增量的差值作为卡尔曼滤波观测量，采用状态延迟卡尔曼滤波算法以抑制里程计测速误差对惯性/里程计组合导航的影响，实现惯导系统各项误差的准确估计；
[0016](2)本专利技术以里程计速度相邻两次测量结果的速度增量，消除了里程计测速误差的影响，提高惯性/里程计组合导航的位置、姿态测量精度，进而提高轨道几何参数的检测精度。
附图说明
[0017]图1为本专利技术流程图。
具体实施方式
[0018]下面结合具体实例及附图对本专利技术进行详细说明。
[0019]本专利技术如图1所示，提供一种惯性/里程计组合导航方法，包括以下步骤：
[0020]建立惯性/里程计组合导航状态方程，
[0021][0022]其中，X(t)为t时刻的状态变量，选取北向速度误差δV
N
、天向速度误差δV
U
、东向速度误差δV
E
，纬度误差δL、高度误差δh、经度误差δλ、北向失准角φ
N
、天向失准角φ
U
、东向失准角φ
E
，三轴陀螺漂移三轴加速度计零位三轴加速度计零位作为惯性/里程计组合导航的状态变量；
[0023]F为t时刻状态变量对应的连续状态方程状态转移矩阵；
[0024]w(t)为t时刻系统随机噪声向量。
[0025]具体步骤如下：
[0026]1、选取北向速度误差δV
N
、天向速度误差δV
U
、东向速度误差δV
E
，纬度误差δL、高度误差δh、经度误差δλ、北向失准角φ
N
、天向失准角φ
U
、东向失准角φ
E
，三轴陀螺漂移三轴加速度计零位作为惯性/里程计组合导航的状态变量，得到状态变量，
[0027][0028]2、建立惯性/里程计组合导航状态方程，
[0029][0030]其中，X(t)为t时刻的状态变量，F为t时刻状态变量对应的连续状态方程状态转移矩阵，w(t)为t时刻系统随机噪声向量。
[0031]离散化可得到：
[0032]X
k
＝Φ
k,k
‑1X
k
‑1+Γ
k
‑1W
k
‑1[0033]式中，为t
k
‑1时刻到t
k
时刻的系统一步状态转移矩阵，其中
T为滤波周期，T
n
为离散周期，F
i
是系统矩阵；Γ
k
‑1＝I为系统的噪声驱动矩阵；W
k
为系统的激励噪声序列，满足E[W
k
]＝0，其中当k＝j时，δ
k,j
＝1，否则为0，Q
k
是W
k
的方差阵，假设非负定。
[0034]建立惯性/里程计组合导航观测方程，
[0035]Z
k
＝H
k
X
k
+L
k
X
k
‑1+V
k
[0036]其中，Z
k
为t
k
时刻的观测量，以惯导速度增量与里程计速度增量的差值作为惯性/里程计组合导航观测量；
[0037]H
k
为t
k
时刻状态变量X
k
对应的观测矩阵，
[0038]L
k
为t
k
‑1时刻状态变量X
k
‑1对应的观测矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯性/里程计组合导航方法，其特征在于，包括以下步骤：建立惯性/里程计组合导航状态方程；建立惯性/里程计组合导航观测方程，Z
k
＝H
k
X
k
+L
k
X
k
‑1+V
k
其中，Z
k
为t
k
时刻的观测量，以惯导速度增量与里程计速度增量的差值作为惯性/里程计组合导航观测量，H
k
为t
k
时刻状态变量X
k
对应的观测矩阵，L
k
为t
k
‑1时刻状态变量X
k
‑1对应的观测矩阵，V
k
为t
k
时刻观测量噪声；利用惯性/里程计组合导航观测方程，进行卡尔曼滤波。2.根据权利要求1所述的一种惯性/里程计组合导航方法，其特征在于：所述惯性/里程计组合导航观测方程建立步骤如下，步骤1，选取惯导速度增量与里程计速度增量的差值ΔV
Ins
‑
ΔV
d
作为惯性/里程计组合导航观测量，得到滤波观测量Z
k
，Z
k
＝ΔV
Ins(k)
‑
ΔV
d(k)
其中，Z
k
为t
k
时刻的观测量滤波观测量，ΔV
Ins(k)
为t
k
时刻的观测量惯导速度增量，ΔV
d(k)
为t
k
时刻的观测量里程计速度增量；步骤2，建立惯性里程计组合导航观测方程。3.根据权利要求2所述的一种惯性/里程计组合导航方法，其特征在于：所述步骤1滤波观测量Z
k
确定如下，(1)t
k
时刻的里程计速度增量ΔV
d(k)
获得，ΔV
d(k)
＝V
d(k)
‑
V
d(k
‑
1)
＝v
r(k)
+v
c(k)
+δv
d(k)
‑
v
r(k
‑
1)
‑
v
c(k
‑
1)
‑
δv
d(k
‑
1)
其中，V
d(k)
为t
k
时刻里程计输出速度，V
d(k
‑
1)
为t
k
‑1时刻里程计输出速度，v
r(k)
为t
k
时刻轨道检测系统的真实速度，v
r(k
‑
1)
为t
k
‑1时刻轨道检测系统的真实速度，v
c(k)
为t
k
时刻里程计的测速误差，v
c(k
‑
1)
为t
k
‑1时刻里程计的测速误差，δv
d(k)
为t
k
时刻里程计测速噪声，δv
d(k
‑
1)
为t
k
‑1时刻里程计测速噪声；而δv
d(k)
≈δv
d(k
‑
1)
因此，得到ΔV
d(k)
＝v
r(k)
+δv
d(k)
‑
v
r(k
‑
1)
‑
δv
d(k
‑
1)
；(2)t
k
时刻的惯导速度增量ΔV
Ins(k)
获得，ΔV
Ins(k)
＝(v
Ins(k)
‑
v
Ins(k
‑
1)
)+(δv
Ins(k)
‑
δv
Ins(k
‑
1)
)其中，v
Ins(k)
为t
k
时刻惯导速度，v
Ins(k
‑
1)
为t
k
‑1时刻惯导速度，δv
Ins(k)
为t
k
时刻惯导速度噪声，δv
Ins(k
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：邓继权，郭玉胜，邹思远，刘洋，周亚男，王海军，庄广琛，裴新凯，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：